CN105618436A - 一种激光清洗机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光清洗机械手，包括主旋转臂1、从旋转臂2和小旋转臂3，所述主旋转臂1设置主旋转轴103，主旋转臂1可绕主旋转轴103沿主旋转方向Ⅰ360°旋转；从旋转臂2设置从旋转机构201,使从旋转臂2可绕主旋转臂1沿从旋转方向Ⅱ旋转；所述升降机构202包括外套筒203与内套筒204；所述内套筒204连接小旋转臂3，所述小旋转臂3同步从旋转臂2旋转。本发明着眼于解决激光清洗头与模具之间的角度配合，消除清洗死角的问题，提供一种搭载激光清洗头的多自由度机械手，可带动激光清洗头实现主旋转、从旋转、上下升降、左右行进、小旋转等运动，实现对模具全方位无死角清洗。

Description

一种激光清洗机械手

技术领域

本发明涉及激光清洗技术领域，具体地说，涉及一种激光清洗机械手。

背景技术

轮胎花纹对轮胎的耐磨性，噪音、操纵稳定性、驱动制动特性、滚动阻力、乘坐舒适及外观美观等具有重要的作用。轮胎花纹是通过模具在轮胎硫化过程中成型的，模具的好坏直接影响到轮胎的质量。

由于模具是在高压、高温的条件下反复使用的,它在使用过程中，模具型腔中的花纹、沟槽等处不可避免地要受到橡胶、配合剂以及脱模剂的综合沉积污染(主要污染物是硫化物、无机氧化物、硅油及炭黑等)，当积累到一定程度,就会影响轮胎或制品的表面形状,从而使产品成为次品或废品,所以模具表面必须经常清洗。现有工业上轮胎模具清洗通常采用以下方法：

A.干冰清洗法：

该方法是通过干冰制备机(造粒机)制作成一定规格的干冰球状颗粒，以压缩空气为动力源，通过喷射清洗机将干冰球状颗粒以较高速度喷射到被清洗物体表面(其工作原理与喷砂工艺原理相似)，干冰颗粒不但对污垢表面有磨削、冲击作用，而且更重要的是干冰颗粒的低温效果和升华作用使污垢迅速被冷冻脆化，进而与其所接触的材质产生不同的冷收缩效果，从而使污垢减小了在材质表面的粘附力，同时加上干冰颗粒的磨削和冲击;压缩空气的吹扫剪切，使污垢从被清洗表面以固态形式被剥离，达到了清除污垢的目的。

该方法有如下缺点：

模具经干冰清洗后，需25分钟的预热后才可以继续硫化。现在乘用胎的模具基本都是采用铝制模具，多次喷洗后，花筋和胎顶的尺寸精度及表面粗糙度都会受到影响，花纹易表面出现小麻点或小气泡，影响轮胎外观质量。

存在噪音污染，可达100dBA，工作强度高，工作面局部会产生较高浓度的二氧化碳，还需佩戴防护服。

喷吹干冰需要0.7Mpa的风压，启动干冰机后，工厂风源压力骤减，为了保证其他设备正常运行，至少需要增开一台315KW空压机补充风量，造成能耗剧增。

B.机械清洗法

采用手工的砂布或钢丝物理研磨及干式喷砂，根据需要可以选用不同的组合清洗。机械清洗法是一项成熟的技术，被轮胎行业广泛采用。该法具有简单易行，对设备、工具要求不高。

但也有无法克服的缺陷：会对模具造成机械损伤，缩短模具寿命。喷砂处理容易堵塞模具的排气孔，喷砂后疏通排气孔的工作量很大。必须拆装模具，劳动强度高，清洗周期长。

C.湿法化学清洗法，

该方法主要是利用有机清洗剂，通过喷、淋或高频振动及化学反应除去模具表面附着物该方法主要包括:有机溶剂法、熔融法、酸洗法、碱洗法等。这些方法使用方便，费用低。

但长期使用上述方法会造成模具腐蚀，从而直接影响产品的外观和质量；同时这些药剂原料污染环境，损害作业者的健康，必须有完备的劳保手段和污染物处理设备。目前，该法主要用于小型的橡胶制品企业。

D.超声波清洗法

该方法是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目。清洗介质的化学作用，可以加速超声波清洗效果，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物件进行充分、彻底的清洗。

但微米级污粒的清洗无能为力，同时清洗槽的尺寸限制了加工零件的范围和复杂程度。

综上，机械清洗法、超声波清洗法均须拆装模具，劳动强度高，清洗周期长，且超声波清洗法所用清洗介质价格不菲。干冰清洗法对钢制模具来说优势明显，但乘用胎的模具基本都是采用铝制模具，多次喷洗后，冷热交替会导致模具本身尺寸精度及表面粗糙度受到影响，且模具铸造过程中的缺陷会返现出来，直接影响轮胎的质量及模具的使用寿命。化学清洗法因其对模具的腐蚀、对环境的污染、对操作人员健康的影响，基本已退出应用，只有小型的橡胶制品厂还在使用。

以上清洗方法在我国清洗市场中曾广泛使用，但在环境保护和高精度要求下其应用受到越来越大的限制。市场上迫切需要一种新的环境污染小、清洗效果好的模具清洗方法。

在此背景下，激光清洗方法逐渐进入人们的视线。与传统清洗方法相比，激光清洗方法具有一些特有的优点：

（1）不需要清洁液或其它化学溶液，它清除的废料基本上都是固体粉末，体积小，易于存放，对环境基本上不造成污染，是一种“绿色”清洗工艺，且清洁度远远高于上述传统的清洗方法；

（2）清除附着物的范围和适用的基材范围十分广泛；通过调控激光工艺参数，激光清洗还可以选择性地清洗材料表面的附着物，不损伤材料的内部组成和结构，使表面复旧如新；

（3）激光清洗是一种非接触清洗，可以通过光导纤维传输，与机器人或者机械手联合，能清洗传统方法不易达到的部位。激光清洗有高的适应性和柔性，可以方便地实现自动化操作。

（4）激光去污设备可以长期稳定使用，一般只需要电费和维护费用，运行成本低，而且可以方便地实现自动化操作。

但是，在现有技术中，利用激光实现对模具的清洗技术仍有很多未完善之处。其中最主要的问题是如何实现清洗头与模具之间的角度配合，消除清洗死角，这依赖于高精度机械手的配合，这也是本发明的研发方向。

发明内容

为了解决目前激光清洗装置存在的问题，本发明提供一种激光清洗机械手，其具体的技术方案如下：

一种激光清洗机械手，其包括主旋转臂1、从旋转臂2和小旋转臂3，其中：

所述主旋转臂1设置主旋转轴103，主旋转臂1可绕主旋转轴103沿主旋转方向Ⅰ360°旋转；

所述从旋转臂2垂直连接于主旋转臂1,从旋转臂2设置从旋转机构201,使从旋转臂2可绕主旋转臂1沿从旋转方向Ⅱ旋转；

所述从旋转臂2还设置升降机构202；所述升降机构202包括外套筒203与内套筒204，所述内套筒204可沿外套筒203升降方向Ⅲ进行伸缩；

所述内套筒204连接小旋转臂3，所述小旋转臂3同步从旋转臂2旋转。

进一步，所述主旋转臂1包括前臂和后臂，其中:

所述前臂与后臂内分别设置内导轨107与外导轨101；

所述内导轨107上设置伸缩套筒105，外导轨101上设置行进机构108；

所述行进机构108与前臂连接，带动前臂与后臂相对运动及伸缩套筒105的伸缩，可实现主旋转臂1沿左右行进方向Ⅳ的伸缩。

进一步，所述前臂与后臂分别由固定套106与行进套104进行密封。

进一步，所述固定套106上设置有消音降压装置102。

进一步，所述行进机构为螺杆或齿轮齿条或同步带行进机构。

进一步，所述旋转机构201为齿轮、同步带旋转装置，所述齿轮、同步带旋转装置由电机驱动，带动从旋转臂2旋转。

进一步，所述内套筒204包括外壁2041和内壁2042，所述外壁2041和内壁2042之间由分隔板2045连接两端；外壁2041和内壁2042中间为布线单元2043；所述外壁2041还设有进线窗口2044，所述进线窗口2044与布线单元2043连通。

进一步，所述主旋转臂1、从旋转臂2和小旋转臂3内部设置激光传导通路。

进一步，小旋转臂3连接激光清洗头4，小旋转臂3与激光清洗头4连接处设置旋转齿轮，所述激光清洗头4可相对小旋转臂3沿小旋转方向Ⅴ旋转。

本发明所提供的一种激光清洗机械手，具有以下优点：

第一、本发明着眼于解决清洗头与模具之间的角度配合，消除清洗死角的问题，提供一种搭载激光清洗头的多自由度机械手，可带动激光清洗头实现主旋转、从旋转、上下升降、左右行进、小旋转等运动，实现对模具全方位无死角清洗；

第二、解决线缆与旋转机构的同步旋转问题。实现了整个装置的布线与旋转机构同步旋转，避免了线缆旋转不一致，易发生的卡位问题，且节省了线缆的占用空间，使整个装置更紧凑，操作、使用更方便。

附图说明

图1为本发明一种激光清洗机械手的立体图；

图2为本发明一种激光清洗机械手的主视图；

图3为本发明一种激光清洗机械手主旋转臂俯视图；

图4为本发明一种激光清洗机械手升降臂左视图；

图5为本发明一种激光清洗机械手内套筒结构示意图。

【主要部件符号说明】

1：主旋转臂；101：外导轨；102：消音降压装置；103：主旋转轴；104：行进套；105：伸缩套筒；106：固定套；107：内导轨；108：行进机构；

2：从旋转臂；201：从旋转机构；202：升降机构；203：外套筒；204：内套筒；2041：外壁；2042：内壁；2043：布线单元；2044：进线窗口；2045：分隔板；

3：小旋转臂；

4：激光清洗头；

Ⅰ:主旋转方向；Ⅱ：从旋转方向；Ⅲ：升降方向；Ⅳ：左右行进方向；Ⅴ：小旋转方向。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的一种激光清洗机械手作进一步详细的说明。

参照图1-图4，本发明的一种激光清洗机械手，包括主旋转臂1、从旋转臂2、小旋转臂3和激光清洗头4，其中：所述主旋转臂1设置主旋转轴103，主旋转臂1可绕主旋转轴103沿主旋转方向Ⅰ360°旋转；此旋转方向为主旋转方向，是为满足轮胎模具圆周的360°方向的清洗要求而设计。

所述从旋转臂2是实现从旋转与升降的主要结构，其垂直连接于主旋转臂1,优选为连接在主旋转臂1的一端，从旋转臂2设置从旋转机构201,使从旋转臂2可绕主旋转臂1沿从旋转方向Ⅱ旋转；所述旋转机构201优选为齿轮、同步带旋转装置，所述齿轮、同步带旋转装置由电机驱动，带动从旋转臂2旋转。

所述从旋转臂2还设置升降机构202；所述升降机构202包括外套筒203与内套筒204以及驱动机构，所述驱动机构优选中螺杆与电机组合或齿轮齿条与电机组合，带动内套筒204沿外套筒203升降方向Ⅲ进行伸缩；

本发明的主旋转臂1可进行伸缩：主旋转臂1包括前臂和后臂，所述前臂与后臂内分别设置内导轨107与外导轨101，所述内导轨107内设置伸缩套筒105，所述伸缩套筒优选为三节套筒，其外部由固定套106密封。作为其中优选方案，所述固定套106上设置有消音降压装置102，使固定套106内外气压一致。在行进时，消音降压装置102起到消音作用。

外导轨101上设置行进机构108，所述行进机构为螺杆行进机构或齿轮、齿条行进机构。所述行进机构108与前臂连接，带动前臂与后臂相对运动及伸缩套筒105的伸缩，可实现主旋转臂1沿左右行进方向Ⅳ的伸缩。所述后臂连同其内的行进机构108、外导轨101优选采用行进套104进行密封。

小旋转臂3是实现小旋转的主要结构，其与内套筒204连接，连接处优选设置齿轮旋转机构，小旋转臂3同步从旋转臂2旋转，

此外，为了进一步消除激光清洗死角，防止激光反射对激光清洗头3的损害，小旋转臂3连接激光清洗头4，小旋转臂3与激光清洗头4连接处设置旋转齿轮，激光清洗头4绕小旋转臂3沿小旋转方向Ⅴ旋转。

由于本发明的激光清洗机械手旋转方向的自由度多，布线问题是需要解决的一大难点。现有的激光清洗机械手布线与旋转机构各自独立设置，线缆占用较大空间，且旋转机构发生旋转时，易发生线缆的卡死等问题，给激光清洗装置的使用带来诸多不便。为了解决这一问题，本发明针从旋转臂2的外套筒203设计成一种线缆同步旋转结构，参照图5，内套筒204包括外壁2041和内壁2042，所述外壁2041和内壁2042之间由分隔板2045连接两端内部为布线单元2043；所述外壁2041还设有进线窗口2044，所述进线窗口2044与布线单元2043通。

布线时，每一组线缆由进线窗口2044进入布线单元2043，布线单元2043的上、下端为贯通的结构，线缆由进线窗口2044进入布线单元2043，从布线单元2043下端输出。当外套筒203旋转时，线缆在内套筒204内实现同步旋转。

本发明的主旋转臂1、从旋转臂2和小旋转臂3内部设置激光传导通路，激光发生器发射的激光由所述激光传导通路传导至激光清洗头4，由激光清洗头4对轮胎模具进行清洗。

本发明着眼于解决清洗头与模具之间的角度配合，消除清洗死角的问题，提供一种搭载激光清洗头的多自由度机械手，可带动激光清洗头实现主旋转、从旋转、上下升降、左右行进、小旋转等运动，实现对模具全方位无死角清洗。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种激光清洗机械手，其特征在于：包括主旋转臂（1）、从旋转臂（2）和小旋转臂（3），其中：

所述主旋转臂（1）设置主旋转轴（103），主旋转臂（1）可绕主旋转轴（103）沿主旋转方向（Ⅰ）360°旋转；

所述从旋转臂（2）垂直连接于主旋转臂（1）,从旋转臂（2）设置从旋转机构（201）,使从旋转臂（2）可绕主旋转臂（1）沿从旋转方向（Ⅱ）旋转；

所述从旋转臂（2）还设置升降机构（202）；所述升降机构（202）包括外套筒（203）与内套筒（204），所述内套筒（204）可沿外套筒（203）升降方向（Ⅲ）进行伸缩；

所述内套筒（204）连接小旋转臂（3），所述小旋转臂（3）同步从旋转臂（2）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述主旋转臂（1）包括前臂和后臂，其中:

所述前臂与后臂内分别设置内导轨（107）与外导轨（101）；

所述内导轨（107）上设置伸缩套筒（105），外导轨（101）上设置行进机构（108）；

所述行进机构（108）与前臂连接，带动前臂与后臂相对运动及伸缩套筒（105）的伸缩，可实现主旋转臂（1）沿左右行进方向（Ⅳ）的伸缩。

3.根据权利要求2所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述前臂与后臂分别由固定套（106）与行进套（104）进行密封。

4.根据权利要求3所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述固定套（106）上设置有消音降压装置（102）。

5.根据权利要求2所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述行进机构为螺杆或齿轮齿条或同步带行进机构。

6.根据权利要求1所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述旋转机构（201）为齿轮、同步带旋转装置，所述齿轮、同步带旋转装置由电机驱动，带动从旋转臂（2）旋转。

7.根据权利要求1所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述内套筒（204）包括外壁（2041）和内壁（2042），所述外壁（2041）和内壁（2042）之间由分隔板（2045）连接两端；外壁（2041）和内壁（2042）中间为布线单元（2043）；所述外壁（2041）还设有进线窗口（2044），所述进线窗口（2044）与布线单元（2043）连通。

8.根据权利要求1所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：所述主旋转臂（1）、从旋转臂（2）和小旋转臂（3）内部设置激光传导通路。

9.根据权利要求1所述的一种激光清洗机械手，其特征在于：小旋转臂（3）连接激光清洗头（4），小旋转臂（3）与激光清洗头（4）连接处设置旋转齿轮，所述激光清洗头（4）可相对小旋转臂（3）沿小旋转方向（Ⅴ）旋转。